信息显示产品的主要种类

信息显示产品的种类较多，这里对主要种类作简单介绍。

3.2.2.1　主要信息显示产品介绍

1）LED显示屏

LED（Light Emitting Diode）显示屏是利用发光二极管构成点阵模块组成的显示产品。发光二极管靠半导体注人电子而发光。一个LED管由一个半导体P-N结组成，当这个P-N结正向偏置，有少数载流子注人时，伴随着电子-空穴的复合，它发出可见光。根据发光二极管构造半导体材料的成分不同，有单色（红、绿或黄）、双基色（红色及绿色）、三基色（红、绿、蓝）之分，在实际产品中，控制技术已达到16～256级单点调度视频控制技术。LED显示屏产品技术成熟，使用寿命长（一般为8万～10万小时），可按实际需求生产不同点阵密度（从φ3.0～φ15）的产品被广泛采用。由于材料成本的影响，全彩色高密度点阵的LED显示屏（如φ3.0、φ3.75、φ5）的价格较贵。双基色LED显示屏以优越的价格性能比受到青睐，是目前具有代表性的显示产品。LED显示屏基本上已国产化，可以根据需求生产任意尺寸，比较灵活简便。

2）LCD显示屏

LCD（Liquid Crystal Display）显示屏是利用液晶显示器件制作的显示屏。液晶显示器（LCD）本质上是“光阀”，它不同于其他显示器，因为LCD不产生光而只是改变光线的传输。当为LCD加上电场后，液晶分子的排列就改变了，因而控制着光线的传输，或者阻挡光线或者使之通过。按上述机理，LCD可以分为三类：反射（环境光）型、透射（背光源）型、反射-透射混合型。LCD显示器有单色和彩色之分。LCD有多种寻址方式，例如快速扫描、双频寻址、滞后多路寻址、热寻址和点阵寻址。现在特别流行的寻址方式是无源点阵寻址和有源点阵寻址两种方式。无源寻址方式使用了网状开关阵，而有源寻址方式中的每个像素使用1～3个晶体管。

功耗低和小巧实用是LCD的突出优点。LCD一般功耗是2～3W（远低于CRT），这主要因为LCD的驱动电压很低，相应的驱动电路所消耗的功率也就降低了。

彩色液晶有薄膜晶体管（TFT）有源点阵LCD和超扭曲向列型（STN）的LCD两种。同时，在无玻璃基片型LCD和低温多晶硅TFT器件方面的研究已有新突破，利用极化紫外光改变液晶晶格结构的方法也使人们看到了拓宽液晶视角范围的希望。

随着液晶研究的深人，汽车上使用的液晶会有更大改进。通过对液晶排列方面的控制增加视角范围，利用多学科技术把液晶屏上的每一个点分成两部分，这样可以使视角范围加倍到±40°；使用黑色点阵屏和防闪光的偏振片可以减少显示器表面的反射光；可开发透光更好的色彩滤波器，更广的视角范围和高效的背光源系统来提高液晶显示器的亮度并降低功耗；通过采用更薄的背光源系统和轻材质，采用高可靠性、高密度的连接，可使LCD减轻重量，外形小巧；采用新材料和新工艺，可开发具有防振结构的新型液晶。

LCD大屏幕有投影式和直接显示式两种。投影式是使用相当于幻灯的小型液晶盒在光、热、电场的作用下，一边把显示图像写人，一边将该图像投影到大屏幕上显示。直接显示方式是将具有一定尺寸的液晶盒（目前最大尺寸为35.56cm彩色屏）拼接成大画面，使用背照光源直接显示合成的图像显示方式。

3）PDP显示屏

PDP（Plasma Display Panel）显示屏是利用等离子体显示器件制作的显示产品。PDP显示的原理是利用稀有气体放电，紫外线激励荧光层的光子发光，从而获得三基色（红、绿、蓝）显示。PDP显示的色纯度可与CRT媲美，且视觉效果良好，长时间观看眼睛不会疲劳。等离子体显示器通常分为两大类：一类是直流等离子体显示器；另一类是交流等离子体显示器。PDP显示屏目前是超薄型平板显示的主要发展方面，42＂PDP彩色显示屏及70＂PDP显示屏已投人市场。PDP显示屏体积轻巧，显示效果理想，是小范围内大容量信息显示的首选产品。

4）CRT显示屏

早期的车内显示屏使用阴极射线管CRT（Cathode Ray Tube）。CRT的内表面涂上荧光粉，当一束或几束高能电子流打到上面时，就会发出荧光。电子流是从管后部的阴极板上发射出的。在光栅扫描型CRT中，每一个刷新周期里电子束都扫描整个屏面并使扫描到的点发亮。在矢量扫描型CRT中，电子束只打到那些需要点亮的点上。通过选择不同的荧光粉和电子枪，可以控制显示的颜色。

CRT主要用来制作电视机和作为计算机终端显示的器件。直接用CRT显示器组成大屏幕显示屏，显示器之间的缝隙难以克服，影响显示效果。利用小型CRT管制作投影机，通过投影机阵列、屏幕墙及控制系统形成投影大屏幕显示系统，显示效果良好，基本上实现了无缝拼接，色彩真实，根据要求可组合成不同尺寸，其在全彩色大屏幕显示系统中得到广泛应用。投影大屏幕显示系统体积较厚，价格也比较昂贵，CRT的寿命相对较低，因此现在基本不使用。

5）ELD显示器

电致发光显示器ELD（Electro Luminescent Display）的原理是将一种多晶荧光粉置于电场中其就会发光。这种荧光粉夹在导线网中。大多数ELD都是单色的，典型颜色是黑底黄字。ELD常用于显示点阵字符和图形，也可以作液晶显示器的背光源。ELD的主要优点是耐用性和从任一角度的可见能力。其主要缺点是造价高、颜色单一。

6）VFD显示器

真空荧光显示器VFD（Vacuum Fluorescent Display）的发光原理是，在网状栅极的控制下，高速电子流打到真空管壁上的荧光粉上而发光。VFD的典型颜色是蓝绿色，背景为黑色。选用不同荧光粉的组合和使用宽带滤波器可产生不同的颜色。

7）平面显示器HUD

平面显示器（Head Up Display，HUD）也称抬头显示，它由图形发生器、光学投影仪和组合器组成。图像由图形发生器产生，经平行光束投影到组合器上，看起来就像一幅图像叠加在前方的可见屏上。汽车上的挡风玻璃常用来充当组合器。真空荧光显示器（VFD）或矢量扫描（CRT）常用作图形发生器。

8）平板式显示器

平板式显示器是平板状的，而且重量轻，不需要很大功率。理想的平板式显示器外形薄、体积小、重量轻、表面非常平、具有高分辨率和高对比度、在日光下可读性好、具有彩色显示能力和低功耗，另外还有固态的特点。场致发光显示器（Field Efection Display，FED）就是这种平板式显示器。目前对FED的研究开发非常关注，原因在于虽然LCD在市场上占的份额最大，但其图像质量和视角范围远不及CRT。

FED的基本原理同CRT类似。在CRT管内有一高温阴极板，发射电子流并将其打到屏幕的内表面。与此相反，FED有几百万个极微小的常温突起（cold microtips），这些突起被激发后可控制像素点的亮或灭。FED有行、列导电层，两层之间由绝缘层隔离。一个导电层是门（录取层），另一个导电层是阴极（发射层）。两层交汇的区域就是像素点，每个像素点含几个（最高达几百个）微小突起。有源点阵LCD采用1～3个晶体管驱动每一个像素，与此不同，FED不需要晶体管，只需要一个加电压的栅格阵来激发小突起。因此，在同样的亮度下，FED需要的功率小于LCD。FED的厚度约为2.54mm，大约是LCD厚度的一半。从任一角度看FED，都可看到清晰的图像，同STN和AM液晶屏相比，FED具有同样的亮度、对比度和分辨率（甚至更高），但是却比它们薄56%，轻65%，可视范围大35%，功耗小3～5倍。

3.2.2.2　触摸屏

近几年来，随着车辆上电子设备的增多和仪表盘上开关数量的持续增长，车辆驾驶越来越复杂。因此，如何减少输人、输出设备已成为设计时的一个重要课题。解决方案一之是使用触摸屏，其上的多功能透明软开关可使车辆上使用的输人输出设备简化。

触摸屏有下列功能和特点：在一个小区域实现多种功能的控制；减少大量繁杂的传统控制方式；汽车上若要以“触碰”方式为输人方式，触摸屏是唯一选择；适合菜单选择方式；特别适合不经常发生的，低分辨率的触摸输人。

触摸显示屏上的触摸敏感区应该清楚地被标示出来以便操作。这些敏感区的大小应该至少为1.9cm2，间距0.32cm。触摸屏的透光度的大小应保证在其要求的使用环境下具有清晰的可读性。一般来讲，光亮度应为70～140cd/m2。触摸动作发生后系统应给出反馈提示。压力式触摸屏的触摸压力应被严格限制为0.25～1.5N。尽管某些技术能同时对不止一个触摸动作作出响应，但某一时刻只能接受一个触摸命令（扫描周期约为100ms）。

触摸屏是一种控制设备，其独特之处是可以外接在任何一种显示器之上，如CRT、LCD、ELD或PDP。对触摸屏的操作是通过手指或类似之物（如笔尖等）的触碰完成的。当前触摸屏大致有电阻式、电容式、红外式和表面声波式等类型。其中电阻式触摸屏占市场份额最大，所以下面将讨论电阻式的工作原理和实现问题。电阻式触摸屏的触点是许多透明的、电阻性的薄膜开关，完全不同于传统的设备。屏由极薄的、具有导电性的透明聚酯薄膜组成。其可以是模拟的（电阻值连续可变），也可以是点阵式的，它们对平板式或曲面显示器都适用。

点阵式触摸屏被分割成开关（单元）矩阵，触碰一个单元就可以激活对应的开关。相对来说，这种触摸屏造价低、寿命长、功耗较低，但是分辨率是离散的而不是连续的。

模拟式触摸屏没有被分成网格，但具有连续的分辨率。被触摸的位置由X，Ｙ两个方向的电阻来确定。分辨率取决于硬件译码电路和软件译码电路。这种触摸屏具有分辨率高、响应快的特点，触摸物是导体或非导体都可以。

触摸屏从外形上看很薄，但实际上它由很多层组成。

模拟式电阻型触摸屏的工作是通过向其一个电阻层施加电压，同时测量这一层和另一层相接触的位置即触点处的电压进行的。手指或其他触头使两电阻层在触点处短接，通过测量触点处的电压值，就可得到触点的位置信息。两电阻层发生的接触可以由电阻的变化反映出来。一层表示X轴，另一层表示Ｙ轴，即使X、Ｙ轴的电阻值一模一样，这两个电阻值也不会被同时译码。因为在每个译码周期有两种扫描，分别扫描X、Ｙ轴。在扫描过程的每一时刻只给一层加电压，而另一层处于高阻抗，所以两个电阻层共同扮演一个滑臂电位器。电阻主要由ITO喷涂面和镀银总线产生。

3.2.2.3　车内可视显示设计

设计或选择一种用于车辆上的可视显示是一件极富挑战性的任务，因为车辆的运行环境实在太恶劣，如不断变化的光照条件、温度的影响、频繁的振动和源源不断的灰尘、油污的影响等。除了这些环境约束，人们还希望显示器件重量轻、功耗低。由于车辆有特殊的运行安全要求和保养要求，对驾驶员操纵时要求使用不同身体部位还有特殊的视觉环境要求等，设计时要考虑许多人的因素。

1）可视显示的功能

研究表明，可视显示支持下列功能：可以显示范围广泛的定量和定性信息；复杂信息可以很容易地通过显示呈现出来；可以仿真传统的纸质地图；可以放在车内或驾驶员前面。

2）设计图形方式用户接口的规则

当选择或采用一种显示技术时应考虑许多重要因素，如颜色、对比度、亮度、显示格式、内容、大小、有无标注、取向和布局问题。

一般来说，一幅画面的字符不能多于6种颜色且应遵守可接受的颜色约定，应该避免纯蓝色或纯红色同时显示在黑色的背景上。亮度应该是可调的，黑白图像的对比度应该为1.5（可接受的清晰度）～2.5（理想的可读对比度）。显示器应安装在适当的位置，周围应该是暗黑色的以免刺眼。显示亮度范围为7～15ocd/m2，调节范围应该至少为50∶1（最亮/最暗），比较理想的是100∶1。当显示器的亮度变成原设计最大亮度的50%之前，其累计工作时间应至少为5 000h。显示的视野范围视点侧视不能超过±30°或40°，上视不超过30°，下视不超过5°。基于上面对可视显示的特性和设计规则的讨论，可见设计一个安全而有效的图形用户界面也是一个挑战。根据用户的不同需求和所选择的显示设备的不同，可以有许多种设计方案。这些设计方案的具体目标是将复杂而繁多的功能简化，以便驾驶员在驾驶时非常容易获取有用信息，而不是被弄得头昏眼花而产生分心。

对显示器的评估基于下列标准：外界照明度低时是否醒目；外界照明度高时是否醒目；外界周围噪声高时是否醒目；使之正常工作所需的保养；多角度的可视性；眼睛繁忙时的可用性；支持图形显示的能力；对同一物体以多种颜色进行显示的能力；占用的空间合理；要求温度范围内的工作特性；显示格式的灵活性。

3）必须考虑人的因素

除了要选择一个合适的显示设备外，还需考虑人的因素，那就是在驾驶过程中驾驶员很难看清地图上的细节，所以车辆运行时最好只显示有限的少量信息，如一个转向箭头、下一个路口的地形及距下一个路口的距离等。而行驶路线的详细地图在车辆不运行时很有用，它会告诉驾驶员所处环境的总体情况。为了安全起见，建议不要在行进中使用这种详细地图。从人的角度出发，除了每种显示格式的变种，研究两种显示格式，即转向箭头与路径地图是有利的。研究表明，使用路径图的驾驶员扫视屏幕比使用转向箭头的驾驶员要频繁得多。若辅助以语音引导，则在两种格式下驾驶员扫视屏幕的次数会大大减少。因此，只要可能，尽量使用转向箭头辅以语音提示。

设计可视接口时，还要注意自锁装置、减光装置、旋转装置的设计。当车辆行驶时，自锁装置应能自动封锁大部分控制功能，以便安全驾驶。这一点对于以触摸屏控制的显示至关重要。减光装置允许驾驶员调节屏幕亮度，否则夜间当驾驶员的视线从极亮的屏幕转向黑暗的路面时其很难看清外部景物，这就是人的暗适应和明适应能力。正如加人一个减光装置的动机一样，美国国家道路交通安全管理规章（NHTSAS5.3.5）规定，对于出现在驾驶室里某一垂直的横截面的前面光源要求安装该减光装置，除非光刚好能被鉴别出来。当显示的视角范围有限时，旋转装置显得非常重要，它不仅方便了驾驶员，也方便了那些想观察显示屏的乘客。可旋转显示器能够解决一些潜在的问题，比如由于偶尔的光照，便从某一角度看不清屏幕。如果显示器不可旋转，就必须更换大视角的显示器。

设计车辆上的可视接口，最重要的是安全和操作简便。眼睛扫视屏幕的频率和注视时间直接与此有关。一项研究指出，驾驶员第一次看一个设计拙劣而画面复杂的路线引导装置会花去整个行驶时间的20.4%，这使应该用来观察路面的时间从91%减少到72.4%，所以设计车辆上的用户接口（不仅是可视接口）时，一定要注意扫视频率和注视时间。由于缺乏适当的原始数据，建立标准或为扫视频率和注视时间提供一个普遍接受的数据还为时过早。为了在短时间内完成某一特定任务，人们基于有限的研究提出了扫视的限制，见表3-3。

表3-3　对可视显示设备的扫视限制

设计可视接口需考虑的问题还包括怎样告知驾驶员下一个转弯的到来以什么时候、在哪告知，显示屏上的最少字符多少为合适，怎样用图符表示路口等。例如，确定字符高度的常用方法是使该字符所对的视角（等于字符高度除以视线距离）不小于0.007rad。当提供路标如交通灯和停车标记时，依次转弯显示应该简单且一致。

4）地图显示软件方面的新技术

最近在地图显示软件方面出现了一种新技术。这一技术使车内显示器具有模拟三维视觉效果的功能，驾驶员就像以大约16°的视角在高360m处俯视车行方向1 000m处一样。

在二维显示系统中，驾驶员必须经常手动选择地图显示比例，即放大和缩小。例如，为了观看路网全貌就需要将画面缩小。当接近一个路口时，需要将画面放大。由于三维显示能显示前方500m宽，后方700m宽范围的地图，不用变焦特性，很容易在屏幕上显示整个规划路径。

三维显示系统是这样实现的：将地图数据库转化成一个虚拟的图像，并将车辆的位置和规划路径叠加到上面。它允许最靠近当前车辆位置的地图部分以放大形式显示。随着车辆的行进，显示范围不断地更新以显示地图的附加区域。把二维地图旋转某一角度，这样原来的二维地图的上边沿变成了远地点，原来二维地图的下边沿变成了前景（前部宽度），这样二维地图就成了具有三维效果的模拟地图。除了二维数字地图数据库外，还需要一个附加数据库以推算高度数据。

3.2.2.4　背投大屏幕设计

1）大屏幕显示系统的功能

大屏幕显示系统的功能一般有：监控现场情况；规划辅助设计系统动态模拟显示；显示企业经营管理有关信息；显示特定的信息（如欢迎贵宾访问、重要新闻、业务演示宣传等）。

大屏幕对显示系统的要求：能够清晰显示电子地图信息（城市街道图）；能够清晰显示行驶在街道上的运营车辆；能够按要求任意缩放、组合、切换显示内容；能够显示管理信息系统所支持的数据、表格及图形；可扩展与监控系统连接时，能够实时显示监控的图像信息。

2）系统构成

背投大屏幕系统由投影机阵列、屏幕墙和控制系统三部分构成。系统采用多台三枪投影机，以背后直投方式工作，显示屏（屏幕墙）由排列的多个72in①的投影屏幕墙组成。控制部分由图像处理设备、矩阵切换器、倍线器及计算机等组成。

3）功能目标

背投大屏幕系统建设的目标有：所有显示单元共同构成一个整体逻辑显示屏，清晰显示整体信息；每个显示单元可同时单独显示各自独立信号源所传的信息，并可任意切换位置；每个图形控制器控制多个显示单元，可以在任意位置打开窗口，任意放大、缩小；显示色彩为全彩色。

4）系统配置及连接

系统配置包括：投影机阵列、屏幕墙以及控制系统（图形控制器、矩阵切换器、解码接线器、工作站信号分配器及线缆铺设及系统控制软件等）。

①1in（英寸）＝0.025 4m（米）。

现在大屏幕更多地用LED屏组合成不同大小形状的大屏。